新型滚光刀在数控车床上的推广应用

李小佳

摘 要：表面粗糙度是机械加工企业加工零件质量好坏的一个重要指标。尤其是表面粗糙度要求特别高的零件，必须在磨床上加工才能保证质量。这样不但增加生产成本，而且降低加工效率，直接影响到产品的进度，这是很多制造企业的一大心病。我们通过对问题的分析，采用普通车刀和滚光刀分别进行车削加工，检测零件的表面粗糙度，发现用滚光刀加工在零件表面粗糙度相对较高的情况下可以实现“以车代磨”的效果，提高了加工效率，挖掘滚光刀的优点并加以推广。

关键词：滚光刀；材质；表面粗糙度；优势

中图分类号：TG659 文献标识码：A

机器零件的机械加工质量，除了加工精度之外，表面质量也是极其重要而不容忽视的一个方面。产品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性，在很大程度上取决于其主要零件的表面质量，随着产品性能的不断提高，一些重要零件必须在高盈利、高速、高温等条件下工作，由于表面上作用着最大的应力并直接受到外界介质的腐蚀，表面层的任何缺陷都可能引起应力集中、应力腐蚀等现象而导致零件的损坏，因而表面质量问题变得更加突出和重要，而表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要因素。

在车间实际生产中，在数控车床上都是采用车刀加工外圆、内孔、台阶面、端平面等。对于一些表面粗糙度要求高的零件，利用车刀车削后达不到所需的表面粗糙度要求。因此工艺安排上都会在车削加工后进行磨削加工。但是磨削加工效率低，在遇到生产任务紧的情况下就会影响生产进度。因此必须考虑其他办法解决这个生产难题，从而发现了新型刀具滚光刀的应用。

本文对普通车刀和滚光刀进行了系统分析，采取实例验证的方法，使用车刀和滚光刀分别加工相同零件，利用测量仪器检测零件的表面粗糙度，通过对比发现滚光刀的优势，解决了实际生产难题，并在数控车床上大力推广应用。

1.普通车刀与滚光刀的区别

车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具，它可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀。整体车刀常用高速钢制造，焊接装配式及机夹式刀片常用硬质合金制造。机械夹固刀片的车刀又分为机夹车刀和可转位车刀。机械夹固车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，所以在现代生产中应用得越来越多。

滚光加工是在常温下通过滚动元件对金属表面进行打磨和滚压，使其局部产生微小塑性变形，将表面凸起部分碾压到凹陷部分而进行的超精加工。其拥有在切削加工中无法得到的特性，可同时达到光整加工和强化的目的。滚光加工是通过滚动元件对金属表面进行碾压和挤压产生塑性变形的过程，是一种无切削的塑性加工方法，所以不会有料屑产生，也不会改变工件精度和公差。通过滚光加工，可使其工件面光滑如镜面，具有卓越的滑动性、密封性及结合性。滚光加工是一种经济，简便和可靠的加工制造方式。通过滚光加工，可以在得到最好的表面质量的同时，提高工件的强度和硬度。

2.滚光刀的简单介绍

（1）滚光刀的优点

我们所采用的是德国宝力士金刚石滚光刀，该刀具具有以下优点：①使工件达到最高表面质量，表面粗糙度值小于Rz1.0um（Ra0.13）；②工件硬度提高15%～30%；③工件耐磨性提高15%；④加工时间短，为磨削加工耗时的1/5～1/20；⑤无需专用设备，成本低；⑥操作简单；⑦可提高零件的抗腐蚀性。

（2）可以进行滚光的材料

所有塑形变形的金属都可以滚光，金刚石滚光刀最高加工硬度可达HRC60以上，材料的滚压性能是通过材料的塑形变形能力来定义，具体指标是材料断裂伸长率。一般而言，这个数值应该超过5%，断裂伸长率越高，滚光效果越好。

（3）滚光加工的几何形状

滚光加工可以应用在几乎所有旋转对称工件的内外表面。

（4）滚光加工的效果

通过滚光加工，可使得零件的表面粗糙度大幅提升。具体见表1。滚压增压了轮廓材料比，在C值为0.2u～0.4u时可达70%以上。使得动态应变能力提高，经过滚光加工的材料抗震能力一般可提高20%～60%，某些情况下可超过100%。提高了表面硬度，钢材料的硬度增加幅度可达HV20-HV60。

（5）滚光刀参数及加工参数

滚光刀的示意图如图1所示，其参数如下：

刀体角度：45° 刀柄：VKT25mm方柄

金剛石半径R2.0mm 金刚石锥角：50°

工件余量：0.01～0.02mm 冷却：乳化液或油持续冷却

参考加工参数：

滚压速度 Vc：50～150 m/min

进给速度 F：0.05～0.2 mm/rev

滚光压入量：0.05～0.5 mm（从 0.05mm 开始测试，每次增加 0.05mm，最大不得超过 0.5mm）

3.实例验证

（1）材料选择

工件材料被切削加工的难易程度，称为材料的切削加工性。材料可分为如下几种：

①很容易切削材料，一般为有色金属。如5-5-5铜铅合金、9-4铝铜合金、铝镁合金等。

②容易切削材料，一般为易切削钢或较易切削钢。如15Cr退火 、30钢正火等。

③普通材料，一般为一般钢与铸铁或稍难切削材料。如45钢、灰铸铁、2Cr13调质、85钢等。

④难切削材料。一般为较难切削材料、难切削材料或很难切削材料。如45Cr调质、65Mn调质、50CrV调质、1Cr18Ni9Ti、某些钛合金、镍基高温合金等。

材料的切削加工性对生产率和表面质量有很大影响，因此在满足零件使用要求的前提下，应尽量选用加工性较好的材料。

由于所有塑形变形的金属都可以滚光，在进行验证时选取了9-4铝铜合金、45钢、45Cr调质3种材料进行试验加工。endprint

（2）零件加工

在小巨人马扎克数控车床上加工零件轴（图2），零件尺寸为￠18×25，零件分为粗加工和精加工。

粗加工时，应以提高生产率为主，同时还要保证规定的刀具寿命，因此，一般选取较大的背吃刀量和进给量，切削速度不能很高，即在机床功率足够时，应尽可能选取较大的背吃刀量，最好以此进给将该工序的加工余量切完，只有在余量太大、机床功率不足、刀具强度不够时，才分两次或多次进给将余量切完。根据工件的材料和刀具的材料确定切削速度，粗加工的切削速度一般选用中等或更低的数值。

针对3种不同材料的毛坯进行粗车加工，每种材质加工两件。

精加工时，应以保证零件的加工精度和表面质量为主，同时也要考虑刀具寿命和获得较高的生产率。精加工往往采用逐渐减小背吃刀量的方法来逐步提高加工精度，进给量的大小主要依据表面粗糙度的要求来选取。选择切削速度要避开积屑瘤产生的切削速度区域，硬质合金刀具多采用较高的切削速度，高速钢刀具则采用较低的切削速度。一般情况下，精加工常选用较小的背吃刀量、进给量和较高的切削速度，这样既可保证加工质量，又可提高生产效率。

每种材质的半成品分别采用伊斯卡车削刀片（图3）和滚光刀（图4）进行精车加工。滚光加工的车削加工参数根据厂家提供样本确定，并进行优化如下：

滚压速度 Vc：130 m/min

进给速度 F：0.079 mm/rev

滚光压入量：0.07 mm

参数进行优化后进行车削加工，采用两种刀具加工出最优零件表面质量。

（3）效果验证

加工后的零件如图5所示。

经检测，采用滚光刀加工的零件表面粗糙度均在Ra0.4以下。零件的表面粗糙度具體数值见表2。

结语

通过试验检测数据证明，在数控车床上采用滚光刀加工零件，在零件表面粗糙度相对较高的情况下可以实现“以车代磨”的目标，解决了表面质量要求较高的零件必须在磨床上加工效率低的难题。在满足零件表面质量的同时也大大地提高了加工效率，为企业节省了宝贵的加工时间。新型滚光刀的应用在生产中取得了不错的效果，可以进行推广应用。

参考文献

[1]卢秉恒.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2007.endprint